龐靈章， 汪 海

(北京維拓時(shí)代建筑設(shè)計(jì)股份有限公司，北京100025)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人口不斷增長(zhǎng)，城市住宅規(guī)模需求量擴(kuò)大，城市中心地段的土地資源越來(lái)越稀缺，資源越來(lái)越珍貴，同時(shí)隨著建造技術(shù)的提高，住宅形態(tài)向高層發(fā)展，建造超高層的趨勢(shì)成了必然結(jié)果，超高層住宅在城市中心拔地而起。

根據(jù)GB 50352-2005《民用建筑設(shè)計(jì)通則》第3.1.2.3條規(guī)定:“建筑高度超過(guò)100m的民用建筑為超高層建筑?！背邔幼≌^普通高層住宅，其供電系統(tǒng)的可靠性、安全性及消防設(shè)計(jì)等要求要高出很多，設(shè)計(jì)中有許多不同之處，現(xiàn)以某超高層住宅工程實(shí)例電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，對(duì)以后超高層住宅電氣設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

本工程總用地面積1.38萬(wàn) m2，總建筑面積9.35萬(wàn)m2，其中地上建筑面積為7.04萬(wàn)m2，地下建筑面積為 2.31 萬(wàn) m2。 本項(xiàng)目包括 1＃、2＃、3＃樓和地下車(chē)庫(kù)4個(gè)子項(xiàng)。其中2＃樓為超高層，地下3層，地上43層，共2個(gè)單元，每個(gè)單元1梯4戶。地下為設(shè)備機(jī)房和戊類(lèi)儲(chǔ)藏，首層、二層為配套商業(yè)，3～43層為住宅(除15層、30層為避難層外)，建筑面積3萬(wàn)m2，建筑高度130m，1＃、3＃樓均為一類(lèi)高層住宅。

2 變配電系統(tǒng)

2.1 負(fù)荷分級(jí)

現(xiàn)行規(guī)范及圖集《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、《住宅建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》、《超高層建筑電氣設(shè)計(jì)與安裝》規(guī)定，超高層住宅的消防負(fù)荷用電、應(yīng)急照明、走道照明、航空障礙照明、安防系統(tǒng)、客梯、污水泵等為一級(jí)負(fù)荷，但是超高層由于建筑高度高、建筑規(guī)模較大、人員眾多，發(fā)生火災(zāi)后危險(xiǎn)性、消防疏散和撲救難度要高于普通的高層住宅，鑒于此，結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，將火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、應(yīng)急照明按高一級(jí)的負(fù)荷要求供電。

2.2 負(fù)荷計(jì)算

根據(jù)北京市地方標(biāo)準(zhǔn)DB11/T 1147-2015《10kV及以下配電網(wǎng)建設(shè)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，住宅需單獨(dú)設(shè)置變電所及變壓器，配套商業(yè)及車(chē)庫(kù)設(shè)置獨(dú)立變電所及變壓器，供電負(fù)荷計(jì)算指標(biāo)如下。

(1)建筑面積80 m2(不含)以下為6kW/戶。

(2)建筑面積 80～120 m2(不含)以下為8kW/戶。

(3)建筑面積 120～150 m2(不含)以下為10kW/戶。

(4)建筑面積150 m2以上的住宅，超過(guò)150 m2面積部分按照50W/m2的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。

(5)附屬設(shè)施按實(shí)際需求配置(如地下儲(chǔ)藏室按20W/m2、電梯用電等)。

住宅部分負(fù)荷計(jì)算見(jiàn)表1。

負(fù)荷計(jì)算表 表1

根據(jù)以上計(jì)算，住宅部分選用兩臺(tái)800kVA變壓器，負(fù)載率70%，滿足當(dāng)?shù)毓╇娋謽?biāo)準(zhǔn)要求。

超高層住宅與以往普通高層住宅負(fù)荷密度無(wú)太大的區(qū)別，如不采用集中制冷空調(diào)系統(tǒng)，普通住宅單位面積變壓器裝機(jī)容量在25～35VA/m2，根據(jù)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)考慮每座小區(qū)配電室供電的建筑面積不宜超過(guò)4萬(wàn)(500kVA×2)、5萬(wàn)(630kVA×2)或6萬(wàn)m2(800kVA×2)。

2.3 供電電源

超高層住宅至少需要雙重電源供電，當(dāng)一路電源發(fā)生故障時(shí)，另一路電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞，同時(shí)根據(jù)《超高層建筑電氣設(shè)計(jì)與安裝》圖集，超過(guò)250m的住宅建筑應(yīng)設(shè)置應(yīng)急電源或備用電源。本項(xiàng)目坐落在一線城市中心地段，供電電源可靠，建筑高度不超過(guò)250m，未考慮設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)急電源，最終采用兩路10kV供電，兩路10kV電源引自兩個(gè)區(qū)域110kV變電站，滿足GB 50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》及GB 50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱“《建規(guī)》”)一級(jí)負(fù)荷供電的要求。

同時(shí)為應(yīng)急照明、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)考慮第三電源，用以下方式解決。

(1)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)等需要不間斷電源供電的負(fù)荷采用設(shè)備自帶UPS供電。

(2)應(yīng)急照明設(shè)置鉻鎳電池供電，蓄電池較普通高層連續(xù)供電時(shí)間加大，≥1.5h。

2.4 電氣用房

變電所位置選擇應(yīng)滿足GB 50053-2013《20kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》、JGJ 16-2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》及當(dāng)?shù)毓╇娋值挠嘘P(guān)規(guī)定，結(jié)合10kV市政進(jìn)線方向，確定變電所位置。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)變電所時(shí)，應(yīng)及時(shí)結(jié)合當(dāng)?shù)毓╇娋旨罢嚓P(guān)文件要求，是否區(qū)分居民用電變電所和其他用電變電所，避免設(shè)計(jì)的失誤及反復(fù)工作。

超高層住宅最大的特點(diǎn)就是“高”，這點(diǎn)引申到供配電設(shè)計(jì)上就是要考慮供電半徑的問(wèn)題，不同容量的變壓器，其遠(yuǎn)距離帶負(fù)荷能力不同，且供電距離與負(fù)荷密度大小成反比關(guān)系，住宅中占負(fù)荷比重最大的是居民用電，經(jīng)常占到整個(gè)負(fù)荷的80%甚至以上，用電較分散，變電所設(shè)計(jì)位置的關(guān)鍵原則是靠近用電負(fù)荷中心，既保證經(jīng)濟(jì)合理性，又最大化地發(fā)揮變壓器的帶負(fù)荷能力。

本項(xiàng)目3棟住宅樓設(shè)置一處變電所(見(jiàn)圖1)，10kV市政進(jìn)線方向?yàn)榈貕K南側(cè)，最終確定住宅變配電所設(shè)置2＃樓南側(cè)車(chē)庫(kù)地下一層，變電所位置至1＃樓最高層表箱185m，至2＃樓最高層表箱170m，至3＃樓最高層表箱175m，基本設(shè)置在負(fù)荷中心，同時(shí)滿足供電半徑要求。

2.5 電壓損失

一般住宅項(xiàng)目電壓損失均能滿足規(guī)范要求，本項(xiàng)目針對(duì)超高層住宅部分進(jìn)行了電壓損失校驗(yàn)，按最不利點(diǎn)屋頂末端表箱進(jìn)項(xiàng)校驗(yàn)，共分為兩段(見(jiàn)圖2)，變電所至配電間、配電間至43層電表箱。從變電所至配電柜(見(jiàn)圖3)路由30m，計(jì)算負(fù)荷Pjs＝192kW，計(jì)算電流 324A，電纜采用 4×240＋1×120mm2。配電柜至末端表箱距離140m，計(jì)算負(fù)荷108kW，計(jì)算電流182A， 電纜采用4×95＋1×50mm2。配電柜系統(tǒng)圖見(jiàn)圖2，距離示意圖見(jiàn)圖3，計(jì)算如下。

△u%＝△ua%Il＝0.053%/A·km×324A×0.03km＋0.109%/A·km×182A×0.14km＝3.28%，符合規(guī)范要求一般場(chǎng)所電壓偏差±5%。

圖1 變電所位置

圖2 供電電纜分段示意圖

3 低壓配電系統(tǒng)

3.1 電纜選擇

根據(jù)JGJ 242-2011《住宅建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中6.4.4條規(guī)定，超高層住宅消防干線電纜應(yīng)采用礦物絕緣電纜。普通一類(lèi)高層住宅根據(jù)《建規(guī)》中10.1.10.3條規(guī)定，如消防電纜與普通電纜分開(kāi)電井敷設(shè)，可不采用礦物絕緣電纜，但工程實(shí)際中普通一類(lèi)高層住宅也很難分開(kāi)普通與消防負(fù)荷強(qiáng)電井，也不能把消防電纜敷設(shè)于弱電井中，故一般一類(lèi)高層住宅消防電纜也會(huì)采用礦物絕緣電纜。

超高層住宅與普通一類(lèi)高層住宅普通干線電纜選用無(wú)太大差距，根據(jù)規(guī)范規(guī)定一般選用低煙無(wú)鹵阻燃電纜。

3.2 低壓配電

根據(jù)使用情況和負(fù)荷種類(lèi)，分為以下4種配電干線。

超高層住宅設(shè)置有避難層，電氣配電干線也應(yīng)按避難層劃分，同一干線不宜同時(shí)帶兩個(gè)供電區(qū)域。

圖3 配電柜系統(tǒng)圖

(1)居民用電干線:居民用電與非居民用電分別從變電所引入專線電源，同層住戶不超過(guò)9戶時(shí)，同層住戶可采用單相電源供電，同時(shí)干線考慮三相平衡，宜為3層的整數(shù)倍，且供電局要求干線供電戶數(shù)不宜過(guò)多，避免大面積停電造成不便。最終本項(xiàng)目干線未選用母線，選用了電纜，考慮6層住戶設(shè)置一路干線，樹(shù)干式配電。

(2)避難層干線:避難層是用于人員暫時(shí)躲避火災(zāi)及煙氣危害而設(shè)置的樓層，火災(zāi)發(fā)生時(shí)，要保障避難層內(nèi)的用電設(shè)備可靠工作而不受其他用電設(shè)備干擾影響，因此避難層配電需要單專線干線配電，避難層主要是消防風(fēng)機(jī)房、避難走道和避難區(qū)域，故單獨(dú)設(shè)置應(yīng)急照明箱、消防風(fēng)機(jī)配電箱。

(3)消防負(fù)荷干線:消防負(fù)荷必須末端切換，均為單獨(dú)干線，包含消防風(fēng)機(jī)、消防電梯、消防排水泵等負(fù)荷。應(yīng)急照明設(shè)置按避難層設(shè)置干線，每個(gè)單元共設(shè)置地下、1～14層、15層、16～29層、30層、31～43層6段干線，每6層設(shè)置一處應(yīng)急照明箱，照明箱提供各上下三層電源。

(4)普通負(fù)荷干線:地下弱電間、客梯設(shè)置雙電源切換箱，分別單獨(dú)干線；地下儲(chǔ)藏室、屋頂泛光照明設(shè)置電源箱，分別單獨(dú)干線，泛光照明在各避難層預(yù)留配電箱。整個(gè)建筑航空障礙燈設(shè)置一組干線，分別在各避難層及屋頂設(shè)置雙電源切換箱。

4 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

超高層除按低于100m以下一類(lèi)高層進(jìn)行火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)計(jì)外，部分做法與普通高層建筑會(huì)有些許不同。

4.1 報(bào)警控制器設(shè)置

GB 50116-2016《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中3.1.7條規(guī)定:“建筑高度超過(guò)100m的建筑中，除消防控制室內(nèi)設(shè)置的控制器外，每臺(tái)控制器直接控制的火災(zāi)探測(cè)器、手動(dòng)報(bào)警按鈕和模塊等設(shè)備不應(yīng)跨越避難層”。并根據(jù)《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》圖示14X505-1P13中所示(見(jiàn)圖4)，本項(xiàng)目參照?qǐng)D4中“圖A”的做法，在消防控制室設(shè)置集中報(bào)警控制器，未在避難層設(shè)置區(qū)域報(bào)警控制器，報(bào)警總線使用耐火線纜。

圖4 報(bào)警控制器位置設(shè)置

4.2 探測(cè)器設(shè)置

《建規(guī)》中8.4.2條規(guī)定:“建筑高度大于100m的住宅建筑，應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)”，超高層住戶內(nèi)除衛(wèi)生間不設(shè)置探測(cè)器外，廚房設(shè)置感溫探測(cè)器，臥室、書(shū)房、客廳、餐廳等區(qū)域設(shè)置點(diǎn)型感煙探測(cè)器。

4.3 避難層電話及廣播要求

避難層每隔20m設(shè)置一個(gè)消防專用電話或電話插口。各避難層內(nèi)應(yīng)設(shè)獨(dú)立的火災(zāi)應(yīng)急廣播系統(tǒng)，宜能接收消防控制中心的有線和無(wú)線兩種廣播信號(hào)。

5 結(jié)束語(yǔ)

超高層住宅由于建筑高度高，對(duì)電氣設(shè)計(jì)提出了新的要求。本文介紹了某超高層住宅的電氣供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，同時(shí)闡述了超高層住宅電氣設(shè)計(jì)關(guān)注的要點(diǎn)，能為同類(lèi)型超高層住宅設(shè)計(jì)中提供一定參考，文中不足之處望各位專家及同行批評(píng)指正。